로봇 용접 마스터하기: 품질, 효율성, 비용 절감을 위한 종합 가이드

제조 산업에서 기업들은 비용을 낮게 유지하면서 품질과 생산성 향상을 끊임없이 추구합니다. 이러한 개선을 위해 제조 기업들은 종종 기술로 눈을 돌리며, 이는 용접의 경우 특히 그렇습니다.

용접은 가장 기본적인 형태로 열과 압력을 가해 두 재료를 결합하는 공정입니다. 사람들이 용접을 생각하면 보호 마스크와 두꺼운 장갑을 끼고 토치를 다루는 이미지가 떠오릅니다. 수동 용접이 여전히 업계에 자리를 잡고 있지만, 전문 용접사 부족이 상당한 공백을 남겼습니다. 미국 용접 학회는 2020년까지 29만 명의 용접 전문가 부족이 발생할 것으로 추정합니다. 점점 더 많은 기업이 로봇 용접 설정에 투자하고 있습니다.

로봇 용접 장치 설치는 많은 고려, 계획, 시간과 비용의 상당한 투자를 필요로 합니다. 그러나 로봇 용접을 절차에 구현한 기업들은 수많은 장기적 이점을 발견했습니다.

귀사가 부품 제조 공정의 일부로 로봇 용접 사용 가능성을 고려하고 있다면, 공정, 역사, 이점에 대해 알아야 할 완전한 가이드를 제공합니다.

로봇 용접이란?

로봇 용접, 즉 자동 용접은 기계화된 프로그래밍 가능한 도구를 사용하여 용접하고 부품을 처리하는 자동화된 공정입니다. 로봇 공학의 비교적 새로운 적용으로, 증가하는 용접 전문가 부족으로 인한 공백을 효과적으로 메우며 북미 산업의 용접 작업 대부분을 차지하게 되었습니다.

로봇 용접은 얼마나 오래되었나?

로봇 용접 역사는 일반적으로 산업용 로봇 역사에 깊이 뿌리를 두고 있으며, 20세기 중반으로 거슬러 올라갑니다.

최초의 프로그래밍 가능한 로봇은 1954년 조지 드볼(George Devol)에 의해 발명되었고, 드볼은 직후 세계 최초의 로봇 회사인 유니메이션(Unimation)을 설립했습니다. 이 새 회사로 드볼과 동료들은 최초의 산업용 로봇을 만들었습니다. 유니메이트(Unimate)라는 모델은 뉴저지 제너럴 모터스 자동차 공장에서 스폿 용접과 다이 캐스팅 추출 작업을 수행했습니다. 이 긍정적 도입 후 산업용 로봇 개념은 10년 내 전 세계로 퍼졌습니다.

이 초기 모델부터 산업용 로봇은 지속적으로 개선되었습니다. 1978년, 제너럴 모터스 자금 지원으로 유니메이션은 조립용 프로그래머블 유니버설 머신(PUMA)을 만들었습니다. 많은 연구실에서 여전히 이 버전을 사용합니다.

산업은 80년대 초에 호황을 누렸습니다. 이 기간 동안 산업용 로봇 산업은 매달 새로운 로봇이나 회사가 시장에 진입할 정도로 급성장하여 경쟁과 혁신을 실질적으로 증가시켰습니다. 이 10년 동안 로봇 팔은 3차원 이상의 자유도와 운동 범위를 갖도록 개선되었습니다.

90년대 내내 공정은 지속적으로 개선되었으며, 전자 제어가 여러 로봇을 동시에 제어하고 조정할 수 있는 지점까지 향상되었습니다. 조작자 인터페이스도 개선되었고, 로봇 설계는 유지보수 및 수리 접근성을 위해 단순화되고 간소화되었습니다.

기술 발전은 오늘날까지 산업용 로봇 기능을 지속적으로 개선하고 있으며, 장비 및 연구 비용에 의해서만 제한됩니다.

용접 로봇은 어떻게 작동하나?

로봇 용접 유닛, 또는 로봇 용접 셀은 부품을 용접하기 위해 함께 작동하는 여러 구성요소로 구성됩니다. 이 구성요소에는 용접에 적극적으로 참여하는 것뿐만 아니라 셀의 원활한 작동을 보장하는 액세서리와 안전 기능이 포함됩니다.

로봇 용접 셀의 가장 기본적인 구성요소는 다음과 같습니다. 모두 로봇 용접 공정에 중요합니다.

• 와이어 피더: 프로그래밍된 속도로 필러 와이어를 로봇으로 이동시킵니다. 이 필러 와이어는 종종 조인트를 지지하기 위해 용접에 소재를 추가하는 데 사용됩니다.
• 용접 로봇: 로봇과 팔 끝의 도구(일반적으로 토치 또는 기타 조작기)를 포함합니다. 이 로봇은 두 가지 유형이 있습니다: 관절형 로봇과 직교 로봇. 직교 로봇은 주 팔을 세 방향으로 이동시키고 팔 끝의 손목을 회전시킬 수 있습니다. 관절형 로봇은 회전 관절을 가지며, 3차원 밖에서 더 많은 이동 자유도와 운동 범위를 허용합니다.
• 와이어 클리너: 작업 사이클 사이에 토치에서 스패터를 제거하여 장비 수명을 연장합니다.
• 토치: 전극으로 흐르는 전력을 사용하여 가열하고 금속을 결합합니다. 아크 용접 유닛에는 토치에 아크 차폐 장치도 포함됩니다. 또한 공랭식 또는 수냉식 냉각 장치가 보통 포함됩니다.
• 작업 영역: 부품이 로봇 용접을 위해 배치되고 고정되는 곳입니다. 고정구가 로봇이 용접을 완료하는 동안 부품을 제자리에 고정합니다.
• 컨트롤러: 이 구성요소는 용접 셀의 '두뇌'로, 저장된 프로그램을 사용하여 로봇에 전력과 지시를 공급합니다.
• 티칭 펜던트: 이 휴대용 인터페이스 시스템은 조작자가 용접 매개변수를 설정하고, 로봇을 수동으로 이동시키며, 새 프로그램을 입력할 수 있게 합니다.
• 용접 전원 공급 장치: 용접 토치에 전력을 공급합니다. 용접되는 부품 요구사항에 따라 크기와 성능이 달라집니다. 전원 공급 장치는 셀이 아크 용접 유닛인지 스폿 용접 유닛인지에 따라 약간 다릅니다.
• 스택 라이트: 이 라이트는 주어진 시간에 셀이 무엇을 하고 있는지 나타냅니다. 일반적으로 빨간불은 비상 정지, 주황불은 로봇 프로그래밍 중, 초록불은 셀이 자동으로 실행 중임을 의미합니다.
• 조작 박스: 셀 시작 및 정지 컨트롤과 재시작 버튼을 포함한 각 기능 버튼이 들어 있습니다. 고장 해결 후 셀을 리셋합니다.
• 안전 기능: 대부분의 로봇 용접 기계는 작업자와 조작자 피해를 방지하기 위한 안전 기능을 포함합니다. 울타리, 아크 차폐, 출입문, 셀 작동 시 유해 빛, 흄, 움직임에 대한 작업자 노출을 줄이는 기타 기능이 포함됩니다.

프로그램은 티칭 펜던트를 통해 입력되고 컨트롤러에 저장되며, 이는 로봇이 무엇을 해야 할지 지시합니다. 이 프로그램은 용접 로봇을 이동시키고 팔 끝의 토치를 조작하여 정확히 필요한 곳에 배치합니다. 토치는 전원 공급 장치를 사용하여 금속에 충분한 열을 발생시켜 부품을 영구적으로 융합합니다. 와이어 피더가 추가 소재를 로봇 팔로 공급합니다. 부품 사이에는 팔을 와이어 클리너로 이동시켜 스패터를 제거합니다.

로봇 용접 공정은 무엇인가?

로봇 용접 셀의 워크플로는 면밀히 모니터링되는 일련의 단계로 구성됩니다. 이 단계들은 다음과 같습니다.

1. 부품을 고정구에 세팅하고 단단히 클램프합니다.

2. 컨트롤러에서 적절한 프로그램을 선택합니다. 또는 적절한 프로그램이 없으면 티칭 펜던트를 사용하여 컨트롤러를 프로그래밍합니다.

3. 컨트롤러의 시작 버튼을 눌러 작업을 시작합니다.

4. 첫 번째 부품이 작업되는 동안 두 번째 부품을 적절한 로딩 스테이션으로 이동시킵니다.

5. 첫 번째 작업 스테이션에서 용접이 시작되면 두 번째 작업 스테이션 세팅을 시작합니다.

6. 용접이 끝나면 두 번째 스테이션에서 작업이 시작됩니다.

7. 스테이션 1에서 완제품을 수거하고 다음 사이클을 위해 작업 스테이션을 다시 로드합니다.

특정 기능과 복잡성은 사용된 특정 로봇 용접 셀에 따라 다르지만, 대부분 이 일반적인 절차를 따릅니다.

로봇은 용접 산업에서 어떻게 사용되나?

로봇 용접은 산업 내 모든 로봇 애플리케이션의 29%를 차지하며, 로봇 자재 처리에 이어 두 번째입니다. 자동 용접은 주로 제조 및 엔지니어링 산업에서 기업과 연구소의 효율성을 높이기 위해 사용됩니다.

가장 일반적으로 대량 제품에 대한 저항 스폿 용접과 아크 용접에 사용됩니다. 이 두 공정은 아래에 자세히 설명되어 있습니다.

저항 스폿 용접

로봇 저항 용접은 두 시트 메탈 조각을 단일 지점, 즉 스폿에서 결합하는 경제적인 방법입니다. 이 용접 유형은 자동차 제조 산업에서 흔히 볼 수 있으며, 시트 메탈을 자동차 형태로 용접하는 데 사용됩니다. 자동차 산업의 많은 스폿 용접기는 로봇이며 자동차 조립 라인에서 작동하는 것을 볼 수 있습니다.

스폿 용접 공정은 구리 합금 전극 두 개를 융합되는 부품에 대고 전류를 소재에 통과시켜 작동합니다. 전류가 금속을 가열하여 녹이고, 적용된 스폿에서 조각 사이에 풀을 형성합니다. 냉각되면 조각들이 융합됩니다.

로봇 용접기는 극도의 정확성과 효율성으로 여러 스폿 용접을 배치할 수 있어 이 애플리케이션에 이상적입니다.

아크 용접

로봇 아크 용접은 최근에야 산업으로 성장했지만, 빠르게 스폿 용접을 따라잡아 가장 인기 있는 로봇 용접 방법이 되고 있습니다. 이 공정은 토치 장착 전극과 금속 사이에 전력 공급 장치로 전기 아크를 생성합니다. 이 아크는 토치 팁에서 약 6,500도 화씨 온도를 생성합니다. 이는 금속을 가열하여 토치 아래 용융 금속 풀을 생성하고 냉각 시 고체화됩니다. 냉각 시 부품이 영구적으로 융합됩니다.

관여된 극한의 열과 화학 반응으로 인해 이 공정의 금속들은 주변 공기의 산소와 질소와 화학적으로 반응하는 경우가 많습니다. 이는 용접 조인트 무결성을 손상시킬 수 있습니다. 이 때문에 많은 아크 용접 공정에는 아크 차폐라는 공정이 포함됩니다. 이 공정은 아크와 용융 금속을 가스 또는 증기 보호막으로 덮어 용융 금속과 주변 공기 접촉을 최소화합니다.

아크 용접에 관여된 극한의 열과 화학 반응은 로봇 공학에 완벽한 애플리케이션이며, 작업자와 조작자가 이러한 위험에 노출되는 것을 줄여줍니다.

로봇 용접의 장점은?

로봇 용접 설정 구현에는 상당한 시간과 자금 투자가 필요합니다. 그러나 시스템 이점은 기존 용접 이점을 훨씬 능가하며, 시스템 비용은 생산성 향상, 품질 개선, 폐기물 감소로 빠르게 회수됩니다.

미국 전역의 용접 팀은 다음과 같은 이점으로 로봇 용접 혜택을 누립니다.

생산량 증가

로봇 용접 시스템은 인간 대응보다 실수를 적게 하면서 작업을 빠르고 효율적으로 완료하여 생산 속도를 엄청나게 높입니다. 또한 로봇은 인간 작업자처럼 수면, 휴식, 휴가가 필요하지 않아 24/7 작동할 수 있습니다. 인간 조작자는 일반적으로 50% 미만의 아크 온 타임을 가지며, 교대 후반에 피로가 쌓이면 온타임 비율이 감소합니다. 반면 로봇은 75%-80% 아크 온 타임을 가지며, 긴 심 부품의 경우 95%까지 증가합니다.

품질 및 일관성 향상

자동 시스템은 극도로 높은 정확도로 일관된 용접물을 생성하며, 피로 없이 같은 위치에 같은 품질의 용접을 반복합니다. 이러한 시스템의 정밀도는 스패터를 줄여 더 깔끔한 심을 만듭니다. 이는 실수와 결함을 제거하지는 않습니다. 그러나 장비 고장이나 손상, 잘못된 프로그래밍 모두 제품 결함을 초래할 수 있습니다. 다행히 두 문제 모두 인증된 로봇 용접 기술자로 예방할 수 있습니다.

에너지 절약

자동 용접 시스템은 일관되게 실행되어 에너지 비용이 큰 시동 횟수를 줄입니다. 또한 로봇은 오버용접을 하지 않고 교정 용접 필요성을 줄여 에너지 지출을 절감합니다.

스크랩 감소

가장 숙련된 용접사라도 인적 오류는 항상 가능합니다. 그러나 용접 로봇의 모든 움직임은 계획되고 자동화되어 실수를 줄이고, 따라서 스크랩 부품 수를 줄입니다. 고부가가치 작업에서 이는 예산 준수에 결정적 요인이 될 수 있습니다.

폐기물 감소

소모품은 또 다른 폐기물 원천입니다. 소모품에는 노즐 등 일정 사용 횟수 후 교체되는 상대적으로 짧은 수명 구성요소가 포함됩니다. 로봇 용접 유닛은 용접 속도를 높이고 과도한 에너지 사용을 최소화하여 각 소모품 구성요소 수명을 늘립니다. 이는 새 소모품을 덜 자주 구매하게 하여 비용을 절약합니다.

투자 수익(ROI)

대부분의 기업은 대규모 프로젝트에서 로봇 용접의 효율성, 정확성, 비용 절감이 초기 설정 비용을 상회한다는 것을 알게 될 것입니다.

더 빠른 속도, 더 높은 품질의 용접, 감소된 스크랩이 모두 이 빠른 투자 수익에 기여합니다. 이 수익은 에너지 비용 절감과 오버용접 최소화를 고려하면 더욱 증가합니다. 로봇 용접 공정으로 전환하면 회사가 전체 비용을 크게 절약할 수 있습니다.

대략적인 투자 수익을 계산하기 위해, 기업은 현재 부품 사이클 타임을 평가하고 로봇 용접 설정의 잠재적 사이클 타임과 비교할 수 있습니다. 폐기물, 인건비, 에너지 절감도 추정치에 반영하여 더 정확한 수치를 얻을 수 있습니다.

고품질 로봇 용접 설정을 갖춘 계약 제조업체 선택 방법?

좋은 계약 제조업체는 고도로 훈련된 전문가뿐만 아니라 MIG 건과 소모품을 모니터링하고 기계에 적합한 주변 장치를 찾음으로써 최고의 품질과 가치를 제공하는 로봇 용접 설정에 투자합니다.

MIG 건

MIG 건은 로봇 용접 설정에 사용되는 특정 모델에 맞게 신중하게 선택해야 합니다. 기업은 애플리케이션에 적합한 적절한 암페어와 냉각 용량을 가진 MIG 건을 선택해야 합니다. 부적절한 암페어나 냉각은 기계 고장을 유발할 수 있으며, 필요한 것보다 더 많은 암페어 용량을 가진 건을 구매하는 것은 로봇 MIG 건 가격이 제공하는 암페어에 정비례하므로 돈 낭비입니다.

소모품

접촉 팁, 노즐, 리테이닝 헤드, 라이너 같은 소모품도 신중하게 선택하고 관리해야 합니다. 다른 노즐과 접촉 팁은 애플리케이션에 따라 선택해야 합니다. 표준 소모품은 저암페어 애플리케이션이나 짧은 아크 타임 애플리케이션에 사용해야 하며, 헤비듀티 소모품은 표준 버전보다 비싸지만 고암페어나 고아크 타임 애플리케이션에 사용하여 교체에 필요한 다운타임을 줄여야 합니다.

주변 장치

주변 장치는 로봇 용접 시스템에 통합될 수 있는 추가 장비입니다. 적절한 종류의 주변 장치를 사용하면 설정 성능을 극대화할 수 있습니다. 주변 장치는 초기 비용이 들지만, 설정 성능 향상, 소모품 수명 연장, 용접 결함 가능성 감소를 통해 로봇 용접 투자 수익을 증가시킬 수 있습니다.

잠재적으로 유용한 주변 장치에는 다음이 포함됩니다.

• 노즐 클리닝 스테이션: 리머 또는 스패터 클리너라고도 합니다. 이 주변 장치는 용접 작업 중 정기적인 패스에서 노즐의 먼지, 이물질, 스패터를 청소합니다. 이는 결함과 용접 재작업으로 이어질 수 있는 커버리지 손실을 방지합니다. 또한 소모품 수명을 늘려 교체 빈도를 줄입니다.
• 안티-스패터 스프레이어: 이 주변 장치는 소모품에 안티-스패터 화합물을 추가하여 보호 장벽 역할을 함으로써 소모품 수명을 늘립니다. 노즐 클리닝 스테이션처럼 커버리지 손실을 방지하고 소모품 교체 빈도를 줄입니다.
• 와이어 커터: 아크 용접 로봇의 경우 아크 개시 시 와이어가 튀어나와야 합니다. 와이어 커터는 용접 와이어를 지정된 길이로 절단하여 와이어 길이와 품질의 불일치를 제거합니다. 이는 더 신뢰할 수 있는 아크 시작과 더 일관된 용접을 만듭니다.
• 암 마운트: 특정 설정에서 충돌은 고려해야 할 위험입니다. 충돌 감지 소프트웨어가 있는 로봇의 경우, 장비를 제자리에 유지하여 로봇이 충돌을 감지하고 정지할 수 있도록 견고한 암 마운트가 필요합니다.
• 클러치: 충돌 감지 기능이 없는 로봇의 경우, 충돌로부터 장비를 보호하기 위해 클러치가 필요합니다. 클러치는 충돌의 물리적 충격을 인식하고 로봇 컨트롤러에 전기 신호를 보내 시스템을 정지시켜 추가 손상을 방지합니다.

이 모든 주변 장치는 로봇 용접 장비의 보호와 생산성 향상에 도움을 줄 수 있습니다.

누가 로봇 용접 유닛을 운영해야 하나?

로봇 용접은 훈련된 조작자의 지속적인 감독과 유지보수가 필요합니다. 회사 현재 인재 풀에 로봇 용접 경험이 있는 사람이 없다면, 인증된 로봇 용접 유닛 조작자를 보유한 금속 가공 회사를 고용하는 것이 회사의 최선의 이익입니다.

훈련된 기술자는 시스템에서 정기적인 예방 유지보수를 계획하고 수행하여 가동 시간을 최대화할 수 있습니다. 이는 불필요한 다운타임을 최소화하고 시스템이 원활하게 실행되도록 보장하며, 이 모든 이점이 귀하의 프로젝트에 전달됩니다.

인증된 로봇 용접 기술자를 보유한 계약 제조업체 고용이 더 비용 효율적일 수 있습니다. 미국 내에서 특히 고도로 훈련된 전문 직원을 갖추고 로봇 용접 셀을 작동하여 귀사 제품에 최상의 결과를 내는 로봇 용접 전문 회사는 매우 적습니다. Fairlawn Tool, Inc.는 AWS 인증 용접 팀으로 고객에게 품질 로봇 용접 서비스를 제공하는 이러한 회사 중 하나입니다.

Fairlawn Tool, Inc.에서는 로봇 용접을 고객의 전체 비용 절감을 돕기 위한 생산 공정의 필수적인 부분으로 간주합니다. 또한 소량 주문과 고도로 맞춤화된 상업 주문에 잘 맞는 수동 용접 서비스도 자랑스럽게 제공합니다. 대부분의 경우 수동 용접을 로봇 용접과 결합하여 두 접근법의 장점을 모두 취할 수 있습니다. 우리는 제조 프로젝트 규모에 관계없이 일관된 품질을 자랑합니다. 왜냐하면 각 유닛이 귀하의 기대를 초과하도록 보장하고 싶기 때문입니다.

Fairlawn Tool은 귀사의 모든 금속 가공 니즈를 위한 풀서비스 계약 제조업체입니다. 메릴랜드 공장 위치에서 공정의 모든 부분을 사내 처리함으로써 경쟁력 있는 가격으로 최고 수준의 품질을 보장할 수 있습니다. 우리는 항상 귀하의 질문에 답하고 귀사에 가장 적합한 접근 방식을 상담할 준비가 되어 있습니다.

오늘 연락하여 귀사의 향후 금속 가공 프로젝트에 대해 상담하세요.